CC BY
6
EXPERIMENTAL AND CLINICAL AND PHYSIOLOGICAL DATA FOR SUBSTANTIATING THE LOWER LIMITS OF THE MINERALIZATION OF DESALINATED DRINKING WATER
Yu. A. Rakhmanin, A. I. Bokina, V. P. Ptugin, T. A. Grishelevich, R. 1. Mikhailova,
K. I. Vetelkin
The finding is that the distillate and weakly mineralized waters cause changes in the water-salt metabolism and in the related homeostasis indices and therefore cannot be used for drinking purposes. The lower limits of mineralization of the desalinated water are recommended to be set at the level of 100mg/l and the lower limit of the optimal level of the total content of salts — at the concentration of 200 mg/i. This applies mainly to the desalinated drinking water of the sodium-chloride-sulphate type.
УДК 613.34:628.165.087
Канд. мед. наук Ю. А. Рахманин, Г. И. Рожнов и С. Г. Давыдова
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕМБРАННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕСНЕНИЯ ВОДЫ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР
Для получения пресной воды без изменения ее агрегатного состояния перспективными являются так называемые методы частичного опреснения, основанные на использовании мембранных процессов разделения жидкостей и смесей. К ним относятся метод электродиалаза (электрохимический, электроионитовый) и обратного осмоса (гиперфильтрация). В технико-экономическом отношении мембранные методы имеют ряд преимуществ (простота конструкции и эксплуатации опреснительных установок, незначительные затраты электроэнергии, возможность автоматического регулирования процесса опреснения и т. д.), что позволяет использовать их в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Метод электродиализа, основанный на разделении солей в электрическом поле через селективно-полупроницаемые ионитовые мембраны, уже теперь применяется для опреснения подземных солоноватых вод (К. М. Са-дадзе, и др.). Метод обратного осмоса, связанный с отделением солей под давлением с использованием полупроницаемых мембран, находится на стадии опытно-производственных испытаний. В дальнейшем с помощью мембранных методов будет широко производиться опреснение подземных и морских высокоминерализованных вод (И. Э. Апельцин и В. А. Кляч-ко), хозяйственно-бытовых сточных вод, шахтных (В. Н. Смагин, и др.) и дренажных вод орошаемых территорий и т. д.
Как известно, технология мембранного процесса опреснения позволяет снижать содержание солей в опресненной воде до любых необходимых уровней. Как показали натурные и экспериментальные гигиенические исследования, уровень минерализации и минеральный состав соответствуют ГОСТ (Г. И. Сидоренко и соавт.). Однако степень деминерализации воды может зависеть от уровня минерализации, солевого состава и свойств исходной воды, типа и конструкции опреснительных установок, условий и сроков их эксплуатации т. д. Вместе с тем эффективность обессоливання в основном определяется селективными свойствами полупроницаемых мембран, обеспечивающих процесс опреснения (Ю. А. Рахманин, 1974). Так, при испытании обратно-осмотической установки с различными образцами ацетилцеллюлозных мембран (производства Всесоюзного научно-исследовательского института синтетических смол и научно-исследовательского института пластмасс) установлена_ различная селективность изучаемых полимеров (табл. 1). Дефектоскопия (контрастное окрашивание) показала, что степень обессоливання связана с величиной пор и гомогенностью мембран, что в свою очередь обусловлено качеством применяемых полимеров.
Таблица 1
Ретенция солей ацетилцеллюлозными мембранами производства ¡'ВНИИСС и НИИПМ
Полупроницаемые мембраны Ретенция (в %) по
общему содержанию солей хлоридам сульфатам кальцию магнию
Производства
ВНИИСС 98 98 99,1 99,4 99,Ь
Производства
ВНИИСС 90 86 96 97 75
Производства
НИИПМ 87 79 98 97 98
Таблица 2
Задержк органических веществ в процессе опреснения мембранными методами (в %)
Методы Химические показатели
сумма углеводородов нефтепродукты поверхностно-активные вещества бензпнрен бронирующиеся вещества
Электродиа-
лиз 40 42 70 40 50
Обратный
осмос 37 33 72 50 46
Селективность мембран может зависеть также от ионного состава исходной воды. Так, накопление карбоната кальция и гидроокиси магния на мембранах вызывает концентрационную поляризацию, что приводит к значительному снижению эффективности опреснения. Для обеспечения стабильного минерального состава и качества опресненной воды, соответствующего необходимым гигиеническим требованиям, мембраны должны обладать достаточно высокой селективностью, механической прочностью и стойкостью к физическим, химическим и биологическим факторам. Специфической особенностью мембранного опреснения является возможность поступления в опресненную воду большинства содержащихся в ней микроэлементов. Вместе с тем в процессе опреснения наблюдается частичная задержка ряда микроэлементов (особенно галогенов), связанная с их химическими свойствами и селективной способностью используемых методов.
При опреснении электродиализом интенсивность задержки микроэлементов зависит от их исходных концентраций и содержания солей в воде; при опреснении воды методом обратного осмоса степень задержки микроэлементов не связана с уровнем минерализации исходной воды. Особое значение приобретает содержание в опресненной воде некоторых биологически активных микроэлементов (бор, бром, фтор и др.). Наибольшая задержка (см. рисунок) этих микроэлементов отмечается при опреснении электродиализом. Вместе с тем содержание брома и бора (особенно при опреснении обратным осмосом) в воде в ряде случаев может значительно превышать допустимые концентрации, что следует учитывать при выборе источника водоснабжения. В то же время снижение содержания фтора в опресненной воде в ряде случаев может обусловить необходимость дополнительного ее фторирования.
Технологические особенности мембранных методов создают возможность не только обессоливания воды, но и концентрирования и удаления из нее ряда химических веществ. В связи с этим изучалась трансформация некоторых соединений (органические вещества, нефтепродукты, канцерогены, поверхностно-активных веществ и др.), наиболее часто загрязняющих источники водоснабжения. Как показали исследования (табл. 2), в процессе мембранного опреснения отмечается заметное снижение указанных ингредиентов. Наиболее эффективно удалялись поверхностно-актив-
12 3 12 3 Обратный осмос Эленпродааяиз
Содержание микроэлементов в опресненной воде (в %).
/ — содержание бора; 2 — содержание фтора; 3 — содержание брома.
ные вещества (до 70%); нефтепродукты и канцерогены [3,4-бенз(а)пирен) задерживались на 30—50%, количество бромирующихся веществ (косвенный показатель органических загрязнений) снижалось до 50%.
Судя по результатам микробиологических исследований, при применении в установках обратного осмоса высокоселективных ацетилцеллюлоз-ных мембран обеспечивается задержка санитарно-показательных бактерии (Е. coli) и вирусов (бактериофаг и аденовирусы). Использование мембран с недостаточной селективностью (RNaCl<80%) приводит к проскоку вирусов полиомиелита в опресненную воду. Отсутствие в настоящее время э<1[х})ективных методов контроля за качеством мембран в производственных условиях требует обязательно обеззараживать опресненную воду. Экспериментальными и натурными исследованиями установлено, что качество опресненной воды по микробиологическим показателям практически не улучшается; это связано со специфическими условиями эксплуатации опреснительных установок, поэтому опресненная вода также нуждается в обеззараживании (Ю. А. Рахманин и соавт., 1973).
Основным технологическим элементом опреснительных установок, как известно, являются полупроницаемые мембраны, изготавливаемые из различных полимерных соединений. Кроме того, в конструкциях опреснительных установок используются трубопроводы, прокладки, дренажи и другие детали, также состоящие из полимеров; при контакте с ними опресненной воды возможно влияние их на ее органолептические свойства и на организм теплокровных животных (Г. И. Рожнов и соавт.). Не исключено (Е. В. Штанников и соавт.) мутагенное эмбриотоксическое влияние полимеров. При. проведении гигиенических исследований следует учитывать возможное действие электрического поля, высокое гидравлическое давление и исходное качество воды, свойственные мембранному опреснению, что может приводить к трансформации полимеров (вызывая их деструкцию, старение и т. д.) и ухудшению качества опресненной воды. Проведенные исследования показали, что ионитовые мембраны могут ухудшать органолептические свойства воды, придавая ей специфический запах (до 2—3 баллов). Аналогичное действие оказывают прокладки из паронита. Установлено также, что большинство испытуемых материалов мембран вызывало значительное повышение окисляемости воды (в 2—3 раза) и изменение активной реакции (pH), приводило к появлению в водных вытяжках бромирующихся веществ, что свидетельствует о вымывании из полимеров органических веществ, в том числе непредельных углеводородов. Уже в первые дни исследований отмечалось появление органических веществ, причем максимальный уровень их регистрировался на 7—10-е сутки. Изменения органо-лептических и физико-химических свойств воды в основном в первые 100— 150 ч эксплуатации мембран. Дальнейшие длительные испытания их (свыше 10 000 ч) не выявили существенного ухудшения качества воды. При испытании ацетилцеллюлозных мембран, мипласта и др. выявлено заметное повышение окисляемости бромирующихся веществ и после 1000— 1500 ч эксплуатации.
Предварительная кислотно-щелочная обработка (очистки) некоторых полимеров (ионитовых мембран МКК, МАК, дифенилоксидных и др.) приводила к значительному улучшению как органолептических, так и физико-химических показателей качества воды.
Одним из критериев гигиенической оценки полимеров являлось определение основных специфических ингредиентов электродиализных (стирол, дивинилбензол, эпихлоргидрин, дифенилоксид и др.) и обратно-осмотических (ацетон, формамид, триэтаноламин и др.) мембран. Полученные результаты свидетельствуют о незначительной миграции этих веществ в воду в концентрациях, которые существенно не изменялись в ходе эксперимента. Содержание стирола в водных вытяжках из ионитовых мембран составляло 0,03—0,1 мг/л, дивинилбензола — 0,02—0,06 мг/л и эпихлор-
гидрина — 0,1—0,15 мг/л. Концентрация ацетона в воде, контактирующей с ацетилцеллюлозными мембранами, не превышала 0,06—0,5 мг/ч, форма-мида 0,05—0,07 мг/л.
Выводы
1. Основной причиной ухудшения качества опресненной воды являются неидентифицируемые посторонние примеси (незаполимеризовавшиеся мономеры, димеры, осколки молекул, добавки и др. связанные с технологией производства мембран.
2. Широкое внедрение мембранных методов в практику хозяйственно-питьевого водоснабжения обусловливает необходимость предварительного проведения всесторонних гигиенических исследований.
ЛИТЕРАТУРА. Апельцин И. Э., Клячко В. А. Опреснение воды. М., 1968. — Рахманин Ю. А. и др. Микробиологические аспекты опреснения воды. — В кн.: Актуальные вопросы санитарной микробиологии. М., 1973, с. 119. — Рахманин Ю. А. и др. Гигиеническая характеристика опресненной воды, полученной на «фильтр-прессовых» обратно-осмотических установках. — В кн.: Гигиенические аспекты охраны окружающей среды. М., 1974, с. 61. — Рожнов Г. И. и др. Гигиеническая оценка полимеров, применяемых при электроионитовом опреснении воды. — В кн.: Гигиена воды и санитарная охрана водоемов. М., 1973, с. 54—58. — Салдадзе КМ. (ред.) Ионообменные мембраны в электродиализе. Л., 1970, с. 3. — Сидоренко Г. И. и др. Гигиеническая оценка электродиализных опреснительных установок. — «Гиг. и сан.», 1974, № 10, с. 10. —С м а г и н В. Н. и др. Опреснение шахтных вод методом электродиализа. — В кн.: Очистка шахтных вод на предприятиях угольной промышленности. Пермь, 1973, с. 166. — Штанников Е. В. и др. Мутагенная активность некоторых полимерных материалов, применяемых для опреснения воды. — «Гиг. и сан.», 1972, № 2, с. 17— 22.
Поступила 6/II 1975 г.
HYGIENIC ASSESSMENT OF THE MEMBRANE METHODS OF WATER
DESALINATION
Yu. A. Rakhmanin, G. /. Rozhnov, S. G. Davydova
The hygienic investigations accomplished proved the quality of water, that was desalinated by various membrane methods, to depend on the type and the construction of the installations used and the level of mineralization, the composition and the properties of the water under treatment. Besides, the authors showed that the polymers used could affect the organoleptic and the physico-chemical properties of water and the body of warm-blooded animals.
УДК 613.34:628.16
Проф. Е. В. Штанников
ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕТОДОВ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВЫХ ВОД (ФТОРИРОВАНИЕ, ОПРЕСНЕНИЕ, МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА И ДР.)1
Саратовский медицинский институт
Одной из актуальных проблем гигиены воды является определение эффективности новых методов улучшения ее качества. Наиболее изучено фторирование воды, играющее большую роль в профилактике кариеса зубов в условиях дефицита фтора в ней, характерного для северных и некоторых других районов нашей страны. По рекомендации Института гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана впервые в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения РСФСР в 1959 г. было осуществлено фторирование питьевой воды в Норильске, а в последующем в Мурманске, Оленегорске, Мончегорске,
1 При написании статьи были использованы материалы доклада на IV Всероссийском съезде гигиенистов и санитарных врачей (1974), в подготовке которого приняли участие А. Ф. Аксюк, Н. А. Климкина, Ю. В. Новиков, Б. Р. Витвицкая (Москва), А. Я. Дуда-рев, Г. В. Новиков (Ленинград), И. М. Зильберштейн (Хабаровск), А. А. Орлов (Саратов), П. П. Христенко (Норильск).
